聚合物鋰離子電池

　　1分類

　　固體

　　固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，可在常溫下使用。

　　凝膠

　　凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電池可在常溫下使用。

　　聚合物

　　由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以改善整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高20%以上。聚合物鋰離子(Polymer Lithium-Ion Battery)電池具有小型化、薄型化、輕量化的特點。因此，聚合物電池在市場占有會逐漸增多。

　　2特點

　　聚合物鋰離子電池具有以下特點 ：

　　①塑形靈活性；

　?、诟叩馁|(zhì)量比能量（3倍于MH-Ni電池）；

　?、垭娀瘜W穩(wěn)定窗口寬，可達5V；

　?、芡昝赖陌踩煽啃?；

　　⑤更長循環(huán)壽命，容量損失少；

　?、摅w積利用率高；

　?、邚V泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　3注意事項

　　一 重視短路情況

　　聚合物鋰離子電池，在充電過程中很容易發(fā)生短路情況。包括：內(nèi)部短路，外部短路等情況。

　　雖然，現(xiàn)在大多數(shù)鋰離子電池都帶有防短路的保護電路，還有防爆線，但很多情況下，這個保護電路在各種情況下不一定會起作用，防爆線能起的作用也很有限。

　　二 充電不要過充

　　聚合物鋰離子電池，如果充電時間過長，發(fā)生膨脹的可能性就會加大。

　　鋰的化學性質(zhì)非?；顫?，很容易燃燒，當電池充放電時，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。而聚合物鋰離子電池只會膨脹。

　　大家在使用時候，一定要注意安全。

　　4原理

　　鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，負極采用鋰—碳層間化合物LixC6，典型的電池體系為：

　　(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)

　　正極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- ----------- （2．1）

　　負極反應(yīng)（還原反應(yīng)）：6C+xLi++xe-=LixC6 ----------- （2．2）

　　電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 ----------- （2．3）

　　聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同，主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。電池主要的構(gòu)造包括有正極、負極與電解質(zhì)三項要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項或一項以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。而在目前所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中，高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機化合物，電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)，或是有機電解液，一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液，因此需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分，這就增加了重量，另外也限制了尺寸的靈活性。

　　新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（ATL電池最薄可達0.5毫米,相于一張卡片的厚度）、任意面積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設(shè)計的靈活性，從而可以配合產(chǎn)品需求，做成任何形狀與容量的電池，為設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了一些設(shè)計靈活性和適應(yīng)性，以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了20%，其容量、與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池，有一些改善。

　　5展望

　　目前手機有以下幾個發(fā)展趨勢：

　　(1) 手機本身向小型化、薄化方向發(fā)展，以方便消費者的攜帶；

　　(2) 手機設(shè)計的個性化，表現(xiàn)在設(shè)計理念已經(jīng)不再是原來方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計成為手機設(shè)計美學化的主；

　　(3) 使用彩屏、手機功能的不斷增加。為了使手機小型化，電池減小、減薄是一個最有效的途徑。4mm以下厚度電池有成為薄型手機配置的主流趨勢，從性價比來講，這是聚合物的特長。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計造型的手機給電池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長方型不能有效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則空間最有效地利用起來，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機比使用相應(yīng)規(guī)格的液態(tài)電池容量增加20%以上。手機功能越來越多，導(dǎo)致耗電越來越多。要求電池容量相應(yīng)地增加。在不增加電池厚度的情況下，聚合電池是有明顯優(yōu)勢的。與此相似，筆記本電腦、藍牙耳機、小靈通手機、移動DVD等電器都在向移動、便攜化方向發(fā)展，都配上了液晶顯示，而且功能在不斷增多，液晶屏幕在不斷增大。這些都給聚合物鋰離子電池提供了一些機會。

　　聚合物鋰離子電池在全球技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多時間了，雖然銷量正在快速增長，但其市場份額還在10%左右，和液態(tài)鋰電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預(yù)期。由于各種原因，目前市場上聚合物的價格普遍要高于液態(tài)鋰電，但是，由于移動電器的競爭模式正在悄悄地發(fā)生變化，特別是聚合物電池給移動電器帶來的設(shè)計價值創(chuàng)新（如4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池），聚合物電池正被越來越多的手機、移動DVD等設(shè)計人員所認識，因而聚合物廠商還是信心十足，堅信聚合物的時代一定會到來。

　　6優(yōu)缺點

　　優(yōu)點

　　1. 單體電池的工作電壓高達3.6v~3.8v 遠高于鎳氫和鎳鎘電池的1.2V 電壓。

　　2. 容量密度大,其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5~2.5 倍,或者更高。

　　3. 自放電小,在放置很長時間后其容量損失也很小。

　　4. 壽命長，正常使用其循環(huán)壽命可達到500 次以上。

　　5. 沒有記憶效應(yīng),在充電前不必將剩余電量放空,使用方便。

　　6.安全性能好

　　聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會氣鼓。

　　7.厚度小，能做得更薄

　　超薄，電池能夠組裝進信用卡中。普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼，后塞正負極材料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問題，厚度可做到1mm以下，符合時下手機需求方向。

　　8.重量輕

　　采用聚合物電解質(zhì)的電池無需金屬殼來作為保護外包裝。聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。

　　9.容量大

　　聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%，成為彩屏手機及彩信手機的首選，現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多采用聚合物電芯。

　　10.內(nèi)阻小

　　聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，目前國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機的待機時間，完全可以達到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。

　　11.形狀可定制

　　制造商不用局限于標準外形，能夠經(jīng)濟地做成合適的大小。聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開發(fā)新的電芯型號，價格便宜，開模周期短，有的甚至可以根據(jù)手機形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。

　　12.放電特性佳

　　聚合物電池采用膠體電解質(zhì)，相比液態(tài)電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺。

　　13.保護板設(shè)計簡單

　　由于采用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸，電芯本身具有足夠的安全性，因此聚合物電池的保護線路設(shè)計可考慮省略PTC和保險絲，從而節(jié)約電池成本。

　　缺點

　　1. 電池成本高,電解質(zhì)體系提純困難。

　　2. 需要保護線路控制，過充或者過放都會使電池內(nèi)部化學物質(zhì)的可逆性遭到破壞，從而嚴重影響電池的壽命。

　　7性能研究

　　對均聚物聚偏氟乙烯（PVdF）、偏氟乙烯與六氟丙烯的二元共聚物（PVdF-HFP）分別作為聚合物鋰離子電池骨架材料的性能進行了對比研究。研究結(jié)果表明，采用適當?shù)募夹g(shù)手段，可使PVdF作為聚合物鋰離子電池的骨架材料獲得比PVdF-HFP共聚物更為優(yōu)良的性能。